《你好 世界》编码成功 CRISPR技术将数据存储到活细胞DNA中

《你好,世界》成功编码

CRISPR技术将数据存储到活细胞DNA中

北京科技日报1月13日电(记者冯卫东)据最新一期《自然化学生物学》杂志报道,美国研究人员利用CRISPR技术,将数字电子信号直接转换成存储在活细胞基因组中的遗传数据,这是朝着开发长期数据存储新介质迈出的关键一步。

哥伦比亚大学的研究小组利用CRISPR基因编辑技术,将编码二进制数据(计算机用来存储数据的1和0)的特定DNA序列插入细菌细胞。通过将这些DNA序列的不同排列分配给不同的英文字母,研究人员发送了短信“你好,世界!”它在大肠杆菌细胞中被成功编码到DNA中。研究小组然后通过提取和测序细菌DNA来解码信息。

这项工作是基于大肠杆菌研究小组设计的基于CRISPR的细胞记录器,该记录器检测细胞中某些DNA序列的存在,并将信号记录到生物体的基因组中。该系统包括一个基于DNA的“传感模块”,该模块响应特定的生物信号产生高水平的“触发序列”。这些序列被整合到录音机的“DNA磁带”中以记录信号。在新的研究中,研究小组修改了传感器模块,以便它可以与另一个响应电信号的生物传感器一起使用。然后,将大量细菌放入由一系列小单元组成的装置中,暴露在电信号下。

当施加电压时,触发序列的电平上升,并被记录在DNA条带记录带上。触发序列比例高的延伸片段表示为二进制的“1”,这些序列的缺失记录为“0”,这样就可以将数字信息直接编码到细菌的基因组中。

一个单元可以容纳少量数据,只有3位。因此,研究人员设计了一种方法,用不同的3位数据同时编码24个独立的细菌群,总共72位。研究人员用它来发送短信“你好,世界!”对细菌进行编码,并证明测序结合菌群并使用专门设计的分类器可以以98%的准确率检索该信息。

研究人员说,活细胞中的DNA是一种更稳定的介质,可以在不可预测的条件下长期保存。保留在细胞外的DNA可能会被降解,而细菌具有适应环境变化的能力,能够在恶劣条件下生存。将数据存储在细胞中而不是体外有许多明显的好处。放大或复制数据要便宜得多,因为不需要复杂的人工DNA合成就可以简单地培养更多的细胞,因此系统的容量可以在短时间内扩展几个数量级。

总编辑圈点

遗传物质本身就有天然的数据存储介质,所以科学家早就有了“活细胞硬盘”的想法。但是在实践中,这种方法仍然远远达不到传统硬盘的存储容量。然而,活细胞由于其稳定性和长期存储特性,始终可以被视为下一代存储设备的潜在库存。科学家们希望在未来很长一段时间内可以用来记录和监测分子事件,从而进一步成为人类研究癌症、衰老和生物体发育的有力工具。